御藍教育/段考卷/高二

段考詳解範圍:三角函數(弧度量、弧度角的三角函數值、弧長與扇形面積、正弦函數的圖形與週期)

臺南二中 110 上
高二第一次段考
數學試題、答案與詳解

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01 · 試題

原卷 21 題,照原卷順序

多選題 2 題(每題 5 分,共 10 分)、填充題 12 題共 15 格(每格 5 分,共 75 分)、計算題 1 題 4 小題(共 15 分,答案卷印的配分依序是 4、4、3、4 分),合計 100 分。原卷三大題各自編號,本頁全卷連續編號:第 1~2 題是多選 1~2,第 3~17 題是填充 1~12(其中填充 7、8、9 各有兩格),第 18~21 題是計算題 (1)~(4)。答案已與學校公布的答案逐題核對,21 題(格)全部相同。

一、多選題:每題 5 分,共 10 分【所有選項均答對者,得 5 分;答錯 1 個選項者,得 3 分;答錯 2 個選項者,得 1 分;答錯多於 2 個選項或所有選項均未作答者,該題以零分計算。】
1
下列敘述中,請選出正確的選項。
  1. (1) sin1<sin2
  2. (2) sinπ∘<sinπ
  3. (3) sinπ<sinπ2
  4. (4) cos2<cos3
  5. (5) sin4<cos4
2
運輸船進港卸貨時間會受到水深的影響,水深夠深時,才能進港卸貨。某人測量某海港某日 24 小時之時間 t(單位:時)與水深 h(單位:公尺)的關係,下表為其當日凌晨 0:00 到中午 12:00 的部分數據。 時間(t)水深(h)​0:0012.5​3:0015.2​6:0012.5​9:009.8​12:0012.5​​ 例如:凌晨 0:00 測量水深為 12.5 公尺。根據上表,當日此海港的水深與測量時間符合正弦函數 h(t)=asin(bt)+12.5,其中 a>0,b>0。依此正弦函數模型,試選出正確的選項。
  1. (1) 當日的 18:00 與 24:00 的水深相同
  2. (2) 若運輸船可在下午某時間進港卸貨,則最好的時間點約為 15:00
  3. (3) 水深大約每 6 小時循環一次
  4. (4) 此正弦函數的振幅 a>5
  5. (5) b=6π​
二、填充題:每格 5 分,共 75 分
3
sin34π​×cos611π​−tan4123π​= ____
4
若點 P(cos(π+θ), tan(θ−3π)) 在第四象限,則 θ 是第 ____ 象限角
5
若 θ 為第二象限角,且 sinθ=53​,則 sin(23π​−θ)+tan(π+θ)= ____
6
若 2π​<α<π,π<β<23​π,且 ∣sinα∣=∣sinβ∣,則 α+β= ____ 弳
7
設 π≤θ≤23π​,若 6θ 與 θ 互為同界角,則 θ= ____ 弳
8
有一輪子,半徑 200 公分,讓它在地上滾動 200 公分的長度,則輪子繞軸轉動 ____ 弳
填充第 7 題(第 9~10 題)(第 9~10 題) 如下圖,半圓的圓心為 O,半徑 2 單位;再分別以 A、B 為圓心,2 為半徑畫圓,交半圓於 C、D,則
9
(1) 鋪色區域的周長為 ____ 單位
載入中...
10
(2) 鋪色區域面積為 ____ 平方單位
填充第 8 題(第 11~12 題)(第 11~12 題) 面積為 9 平方單位的扇形中,求
11
(1) 最短的扇形周長為 ____ 單位
12
(2) 此時扇形的半徑為 r 單位,圓心角為 θ 弳,則數對 (r, θ)= ____
填充第 9 題(第 13~14 題)(第 13~14 題) 如下圖,圓半徑為 1 單位,O 為圓心,五角星 ABCDE 的 5 個頂點將圓周均分成 5 等分,沿 OA、OD 將圓剪成 2 個扇形,留下較大的扇形,則
13
(1) 優弧 AD⌢ 的弧長為 ____ 單位
載入中...
14
(2) 將此扇形圍成一個直圓錐,則直圓錐的體積為 ____ 立方單位【錐體體積=31​×底面積×高】
15
設 −π≤θ≤π 且 sinθ≤−23​​,則 θ 的範圍為 ____ (請以弧度量作答)
16
將 y=sinx 的圖形水平伸縮 2 倍,再向右平移 3 單位後,所得圖形為 y=sin(ax+b),則數對 (a, b)= ____
17
下圖為函數 y=asin(x+b)+c 之部分圖形且 a>0,−π≤b<π,求數對 (a, b, c)= ____
載入中...
三、計算題:15 分,請於答案卷上作答
計算題(第 18~21 題)(第 18~21 題) 設 −2π≤θ≤2π,(卷面印 θ,小題用 x,即 −2π≤x≤2π)
18
(1) 畫出 y=∣sinx∣ 的圖形。(4 分)
載入中...
19
(2) 畫出 y=sinx+∣sinx∣ 的圖形。(4 分)
載入中...
20
(3) 方程式 sinx+∣sinx∣=1 有幾個實根?(答案卷這一小題另印「請敘述理由」)(3 分)
21
(4) 若 sinx+∣sinx∣=1,求 x=?(請以弧度量作答)(4 分)
02 · 答案

答案一覽,先對再看詳解

第 1 題(1)(5)
第 2 題(1)(2)(5)
第 3 題41​
第 4 題二
第 5 題201​
第 6 題2π
第 7 題56​π
第 8 題1
第 9 題2π
第 10 題23​−32​π
第 11 題12
第 12 題(3, 2)
第 13 題56​π
第 14 題12512​π
第 15 題−32​π≤θ≤−3π​
第 16 題(21​,−23​)
第 17 題(2,−2π​,1)
第 18 題如詳解的附圖:把 y=sinx 在 x 軸下方的部分對 x 軸翻上去。圖形在 x=0、±π、±2π 碰到 x 軸,在 x=±2π​、±23π​ 到最高點(高度 1)
第 19 題如詳解的附圖:−2π≤x≤−π 與 0≤x≤π 時是 y=2sinx(最高點在 x=−23π​、2π​,高度 2);−π≤x≤0 與 π≤x≤2π 時是 y=0(貼在 x 軸上)
第 20 題4 個
第 21 題x=−611π​、−67π​、6π​、65π​
03 · 勾錯題號

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04 · 逐題詳解

每一題,錯在哪一步

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01多選題(第 1~2 題):弧度角比大小、港口水深的正弦模型

第 1 題沒有寫度的記號的角都是弧度。先記 2π​≈1.57、π≈3.14、23π​≈4.71。 (1) sin2=sin(π−2),而 π−2≈1.14。1 與 1.14 都在 0 與 2π​ 之間,正弦在這一段遞增,所以 sin1<sin1.14=sin2,正確。 (2) π∘ 是大約 3.14∘ 的小銳角,sinπ∘>0;sinπ=0。sinπ∘<sinπ 不成立,不對。 (3) sinπ2 是 π2 弳的正弦,不是 (sinπ)2。π2≈9.87,減去一圈 2π≈6.28 得 3.59,介於 π 與 23π​ 之間,是第三象限角,sinπ2<0=sinπ,不對。 (4) 2 與 3 都在 2π​ 與 π 之間(第二象限)。角由 2π​ 增加到 π 時,單位圓上的點的 x 坐標由 0 一路減少到 −1,所以 cos2>cos3,不對。 (5) 4 在 π 與 23π​ 之間(第三象限),參考角是 4−π≈0.86,比 4π​≈0.79 大。大於 4π​ 的銳角正弦比餘弦大,所以 sin0.86>cos0.86;第三象限兩個值都要加負號,sin4=−sin0.86<−cos0.86=cos4,正確。 選 (1)(5)。
數值:sin1≈0.841、sin2≈0.909、sinπ∘≈0.055、sinπ2≈−0.430、cos2≈−0.416、cos3≈−0.990、sin4≈−0.757、cos4≈−0.654。
第 2 題h(t)=asin(bt)+12.5 的最大值是 a+12.5、最小值是 −a+12.5。表中最深 15.2、最淺 9.8,所以 a=15.2−12.5=2.7。水深從 0:00 的 12.5 升到 3:00 的最深、6:00 回到 12.5、9:00 到最淺、12:00 再回到 12.5,正好一個週期,週期是 12 小時:b2π​=12,b=6π​。所以 h(t)=2.7sin6π​t+12.5。 (1) 週期 12 小時,18:00 的水深與 6:00 相同,24:00 的水深與 12:00 相同,都是 12.5 公尺,正確。 (2) 上午在 t=3 時最深,再過一個週期,下午在 t=3+12=15 時最深,就是 15:00,正確。 (3) 每 12 小時循環一次,不是 6 小時,不對。 (4) a=2.7,不大於 5,不對。 (5) b=6π​,正確。 選 (1)(2)(5)。
代回檢查:h(3)=2.7sin2π​+12.5=15.2、h(9)=2.7sin23π​+12.5=9.8,與表相符。只看表上這五個時刻,b=65π​ 這種「兩次測量之間多漲落幾回」的函數也對得上;題意是照表中一漲一落的規律來讀,取週期 12 小時,學校的答案也是這樣。
弧度角比大小先換成「大約幾個 π」找象限與參考角;週期現象的 y=asin(bt)+d,最大最小值定 a,走完一輪的時間定 b。

02填充第 1~4 題(第 3~6 題):特殊角、象限與正負、角的換算

第 3 題sin34π​=−23​​(第三象限,參考角 3π​);cos611π​=23​​(第四象限,參考角 6π​)。 4123π​=30π+43π​,30π 是 15 圈,所以 tan4123π​=tan43π​=−1。 原式=(−23​​)×23​​−(−1)=−43​+1=41​。
第 4 題cos(π+θ)=−cosθ。θ−3π 與 θ+π 是同界角(相差 4π),所以 tan(θ−3π)=tan(π+θ)=tanθ。點 P 就是 (−cosθ, tanθ)。 P 在第四象限:x 坐標為正、y 坐標為負,即 −cosθ>0 且 tanθ<0,也就是 cosθ<0 且 tanθ<0。餘弦為負是第二、三象限,正切為負是第二、四象限,兩個都成立的是第二象限。θ 是第二象限角。
第 5 題θ 是第二象限角,餘弦是負的:cosθ=−1−259​​=−54​,tanθ=cosθsinθ​=−43​。 23π​−θ=π+(2π​−θ),所以 sin(23π​−θ)=−sin(2π​−θ)=−cosθ=54​。 tan(π+θ)=tanθ=−43​。 所求=54​−43​=2016−15​=201​。
第 6 題α 是第二象限角,sinα>0;β 是第三象限角,sinβ<0。所以 ∣sinα∣=∣sinβ∣ 就是 sinα=−sinβ。 把兩邊都換成銳角:sinα=sin(π−α),其中 0<π−α<2π​;−sinβ=sin(β−π),其中 0<β−π<2π​。 兩個銳角的正弦值相等,角就相等:π−α=β−π,所以 α+β=2π。
也可以說:兩個角的參考角相同。α 的參考角是 π−α,β 的參考角是 β−π。
遇到 π±θ、23π​−θ 這類角,先換回 θ 的三角函數值,再由象限決定正負。

03填充第 5~6 題(第 7~8 題):同界角、輪子滾動

第 7 題同界角相差 2π 的整數倍:6θ−θ=2kπ(k 為整數),θ=52kπ​。 代入範圍 π≤52kπ​≤23π​,得 2.5≤k≤3.75,整數 k 只有 3。所以 θ=56​π。
檢查:6θ=536π​,減去 θ=56π​ 得 6π,正好三圈。
第 8 題輪子在地上滾動而不打滑時,滾過的距離等於輪緣轉過的弧長。弧長 s=rθ:200=200×θ,θ=1。輪子轉動 1 弳。
弧長等於半徑時,圓心角就是 1 弳,這正是弧度的定義。
同界角的條件寫成「兩角相減等於 2kπ」,再用範圍挑出整數 k。

04填充第 7 題(第 9~10 題):半圓裡三段圓弧圍成的區域

第 9 題OA=OC=2(半圓的半徑),AC=2(以 A 為圓心的圓的半徑),三角形 OAC 是正三角形,∠AOC=∠OAC=3π​。同理三角形 OBD 是正三角形,∠BOD=∠OBD=3π​。所以 ∠COD=π−3π​−3π​=3π​。 鋪色區域的邊界是三段圓弧,半徑都是 2、圓心角都是 3π​:弧 CD(圓心 O)、弧 OC(圓心 A)、弧 OD(圓心 B)。每段弧長 2×3π​=32π​。 周長=3×32π​=2π。
第 10 題扇形 OCD(圓心 O、半徑 2、圓心角 3π​)的面積是 21​×22×3π​=32π​。 弧 OC 向扇形 OCD 的內側鼓出,它與弦 OC 之間是一個弓形,這個弓形在扇形 OCD 裡面但不屬於鋪色區域;弧 OD 那一側也一樣。 一個弓形=扇形 AOC 減去正三角形 AOC=32π​−43​​×22=32π​−3​。 鋪色面積=扇形 OCD 減去兩個弓形: 32π​−2(32π​−3​)=23​−32π​
數值約 1.37,比扇形 OCD 的 32π​≈2.09 小,合理。
半徑相同的圓互相通過圓心時,連出來的是正三角形,圓心角都是 3π​;面積拆成扇形與弓形加減。

05填充第 8 題(第 11~12 題):面積固定的扇形,周長最短

第 11 題設半徑為 r、弧長為 s。面積 21​rs=9,所以 rs=18。周長是 2r+s。 2r 與 s 都是正數,由算幾不等式 22r+s​≥2r×s​=36​=6,所以 2r+s≥12。等號在 2r=s 時成立(見下一格),最短周長是 12。
不用算幾不等式也可以:s=r18​,周長 2r+r18​=12+r2(r−3)2​≥12,r=3 時等於 12。
第 12 題等號成立時 2r=s,代入 rs=18:2r2=18,r=3,s=6。圓心角 θ=rs​=36​=2 弳。所以 (r, θ)=(3, 2)。
2 弳小於 2π,這個扇形存在。檢查面積:21​×32×2=9。
扇形的面積或周長固定時,極值都出現在「弧長等於兩倍半徑」,也就是圓心角 2 弳的時候。

06填充第 9 題(第 13~14 題):圓周五等分、扇形圍成直圓錐

第 13 題五個頂點把圓周五等分,相鄰兩點所夾的圓心角是 52π​。圓上的順序是 A、B、C、D、E。從 A 到 D 有兩條路:經過 E 的那一段佔 2 等分(劣弧),經過 B、C 的那一段佔 3 等分(優弧)。 優弧 AD 的圓心角是 3×52π​=56π​,半徑 1,弧長=1×56π​=56​π。
第 14 題留下的較大扇形半徑 1、弧長 56π​。圍成直圓錐後,扇形的半徑變成圓錐的斜高,扇形的弧變成底圓的圓周。 設底圓半徑為 R:2πR=56π​,R=53​。 圓錐的高 h=12−(53​)2​=54​。 體積=31​×π×(53​)2×54​=31​×259π​×54​=12512​π。
扇形圍成圓錐:扇形半徑是斜高,扇形弧長是底圓周長,再用畢氏定理求高。

07填充第 10~12 題(第 15~17 題):正弦不等式、圖形的伸縮平移、由圖形求係數

第 15 題在 −π≤θ≤π 內,sinθ=−23​​ 的角是 −3π​ 與 −32π​。 看 y=sinθ 的圖形:θ 由 −32π​ 到 −3π​ 這一段,圖形先降到 θ=−2π​ 的 −1 再升回來,都不高於 −23​​;其餘的地方都比 −23​​ 高。 所以 −32​π≤θ≤−3π​。
不等式有等號,兩個端點都要包含。題目的範圍是 −π 到 π,所以答案用負角寫,不寫成 34π​ 到 35π​。
第 16 題水平伸縮 2 倍,是把 x 換成 2x​,得 y=sin2x​(週期由 2π 變成 4π)。 再向右平移 3 單位,是把 x 換成 x−3:y=sin2x−3​=sin(21​x−23​)。 所以 (a, b)=(21​,−23​)。
平移是對 x 本身做的,要先減 3 再除以 2;寫成 sin(21​x−3) 就錯了。b 再加 2π 的整數倍圖形相同,這裡取最直接的 −23​,與學校答案相同。
第 17 題由圖形讀出最大值 3、最小值 −1。a>0 時最大值是 a+c、最小值是 −a+c:a+c=3、−a+c=−1,解得 a=2、c=1。 圖形在 x=π 到最高點,所以 sin(π+b)=1,π+b=2π​+2kπ,b=−2π​+2kπ(k 為整數)。在 −π≤b<π 內只有 b=−2π​。 (a, b, c)=(2,−2π​,1)。
檢查:x=0 時 y=2sin(−2π​)+1=−1,是最低點,與圖相符;x+b 的係數是 1,週期 2π,也與圖上兩個最低點 x=0、x=2π 相符。
y=asin(x+b)+c:最大值與最小值定 a、c,最高點(或最低點)的位置定 b。

08計算題(第 18~21 題):含絕對值的正弦函數圖形與方程式

第 18 題sinx≥0 時 ∣sinx∣=sinx,圖形不變;sinx<0 時 ∣sinx∣=−sinx,等於把 y=sinx 在 x 軸下方的部分對 x 軸翻到上方。 在 −2π≤x≤2π:圖形在 x=−2π、−π、0、π、2π 碰到 x 軸,在 x=−23π​、−2π​、2π​、23π​ 到最高點,高度都是 1,共四個一樣的拱形。
載入中...
這個函數的週期是 π。碰到 x 軸的地方是尖的,不是圓滑的轉彎。
第 19 題分兩種情形。sinx≥0 時,y=sinx+sinx=2sinx;sinx<0 時,y=sinx−sinx=0。 在 −2π≤x≤2π:sinx≥0 的範圍是 −2π≤x≤−π 與 0≤x≤π,這兩段畫 y=2sinx,各是一個高度 2 的拱形,最高點在 x=−23π​ 與 x=2π​;−π<x<0 與 π<x<2π 這兩段 y=0,圖形貼在 x 軸上。
載入中...
也可以用圖形相加來想:把 y=sinx 與上一小題的 y=∣sinx∣ 在同一個 x 的高度相加,兩者同為正的地方變兩倍,一正一負的地方互相抵消。
第 20 題實根的個數就是 y=sinx+∣sinx∣ 的圖形與水平線 y=1 的交點個數。 由上一小題的圖:貼在 x 軸上的兩段高度是 0,碰不到 y=1;兩個拱形的高度都由 0 升到 2 再降回 0,每個拱形與 y=1 各有 2 個交點。 共 2+2=4 個交點,所以方程式有 4 個實根。
載入中...
第 21 題sinx<0 時左邊等於 0,不可能等於 1,所以只要看 sinx≥0:此時方程式是 2sinx=1,sinx=21​。 在 0≤x≤π:x=6π​ 或 x=π−6π​=65π​。 在 −2π≤x≤−π:把上面兩個角各減 2π,x=6π​−2π=−611π​ 或 x=65π​−2π=−67π​。 所以 x=−611π​、−67π​、6π​、65π​,共 4 個,與上一小題的個數相符。
sinx=21​ 的四個解都滿足 sinx≥0,不必再刪。若誤把 sinx=−21​ 的角也算進來,代回去左邊是 0,不合。
含絕對值的函數先依裡面的正負分段,每一段各自是熟悉的圖形;方程式的實根個數就是圖形與水平線的交點個數。

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多選第 1 題的角都是弧度,π 的平方要先減掉一圈再看落在第幾象限;填充第 7 題(本頁第 9、10 題)鋪色區域要看成一個扇形減掉兩個弓形;填充第 11 題(第 16 題)水平伸縮 2 倍是把 x 換成二分之 x,再向右平移時要整個 x 一起換;計算題(第 18 到 21 題)正弦值是負的那幾段,函數值是 0,方程式在那裡沒有解。詳解逐題寫在本頁。

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